一种微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法与流程

本发明涉及铸铁材料，具体为一种微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法。

背景技术：

1、磨损是导致零部件消耗与损坏的重要原因之一，随着国民经济的快速发展，对于耐磨材料的性能要求也日趋苛刻，高铬铸铁作为第三代耐磨材料，正在越来越广泛的领域内取代传统的高锰钢，成为抗磨损的优异材料，尤其在磨料块度小而硬度高的场合下，如粉碎水泥熟料、制备石英砂等工况下更成为一种最佳材质，并被广大相关工业界所接受，但实际工业化生产所得到的性能如硬度、韧性、硬度差等尚有很大的提升空间。

2、浮动油封是为适应恶劣的工作环境而发展起来的一种新颖的机械旋转密封装置，通常由浮封环、o型圈和浮封座三部分组成，在推土机、挖掘机等工程机械产品及煤矿机械、重型载重汽车中上应用广泛；浮封环的主要失效形式是密封工作面因长期磨损，接触面之间的间隙变大，失去密封作用，寿命普遍不长，用一般熔铸材料制造的浮封环难于达到技术要求，传统的高铬合金铸铁是以加入昂贵的钼和铜来改善其韧性，生产成本很高，生产率低，而且随着时间的延长，浮封环的使用寿命会逐渐下降，为了改善其耐磨性，减少高载荷高磨损等造成的破坏，需要研制一种新型低成本、韧性优良和高耐磨的高铬铸铁浮封环。

3、微弧氧化技术适合对耐磨、耐蚀、耐热冲击等性能要求较高部件的表面作强化处理，表面形成的氧化铝陶瓷具有硬度高，耐磨及耐腐蚀等一系列优良性能，氧化铝陶瓷膜应用于高铬铸铁基材上面，利用陶瓷材料的高硬度、高耐磨的性能，可以大大提高铸铁材料的耐磨性能；本发明通过优化高铬铸铁合金组成，添加适量的淬透剂、细化晶粒剂及复合稀土添加剂等，增强了高铬铸铁的耐磨性能，采用微弧氧化技术对其表面进行处理，使得制备的微弧氧化浮封环具有高硬度和高耐磨特性，工艺简单，成本低廉。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，制备出了浮动油封用的高硬度和高耐磨性的高铬铸铁细晶材料，工艺简单，成本较低。

3、针对以上技术问题，本发明的技术方案是：

4、一种高铬铸铁细晶材料的制备方法，所述高铬铸铁细晶材料包含以下重量份数的原料：52-60份废钢、16-22份铬铁、9-14份生铁，0.5-1.0份锰铁、1.5-2.0份石墨、0.05-0.25份淬透剂、0.1-0.5份细化晶粒剂、0.2-1.2份复合稀土添加剂；其中高铬铸铁细晶材料中c含量为3.0-3.8%，si含量为1.5-3.0%，mn含量为0.2-1.0%，cr含量为13.0-16.0%；所述制备方法包括以下步骤：

5、步骤（1）将按上述比例的废钢、铬铁、生铁、锰铁、石墨加入到高频感应炉中加热熔炼，待合金开始熔化时，加入淬透剂和细化晶粒剂，待合金完全熔化后，用冲入法加入复合稀土添加剂，静置5-10min，加入重量份数为0.01-0.03份的复合脱氧剂进行脱氧，将熔体扒渣后，得到高铬铸铁细晶铁水，接着将铁水浇入氧化铝坩埚中，在1320-1420℃下进行浇注成型，然后在950-1050℃空冷2-4h，在200-300℃下回火1-2h，得到高铬铸铁细晶材料。

6、步骤（2）将高铬铸铁细晶材料置于在氢氧化钠水溶液中，在75-90℃下除油10-20min，接着置于硫酸水溶液中，在20-35℃下除锈3-8min，然后置于氟化钾和氯化钠水溶液中，在85-100℃下助镀3-6min，接着在750-850℃下热浸镀铝，保温时间为5-15min，得到镀铝高铬铸铁细晶材料。

7、步骤（3）将镀铝高铬铸铁细晶材料置于磷酸钠水溶液中，在80-95℃下除油4-8min，接着置于盐酸水溶液中，在20-35℃下酸洗1-5min，超声清洗烘干，浸入微弧氧化电解液中，进行微弧氧化处理，采用双向脉冲交流电，电流密度为10-15a/dm2，正向电压为200-500v，负向电压为20-140v，氧化加工频率为180-220hz，额定功率为1.8-2.2kw，氧化时间为40-60min，占空比为20-50%，然后在550-650℃退火1-5h，得到微弧氧化高铬铸铁细晶材料。

8、进一步的，所述废钢中含有0.3-0.6%c，0.1-0.3%si，0.5-0.8%mn，余量为fe；所述铬铁中含有1.5-3.5%c，2-4%si，60-70%cr，余量为fe；所述生铁中含有3.6-4.2%c，1-3%si，0.5-0.9%mn，余量为fe；所述锰铁中含有60-75%mn，6-10%c，2-5%si，余量为fe。

9、进一步的，所述淬透剂为三氧化二硼或氧化铜。

10、进一步的，所述细化晶粒剂为钛铁或钒铁。

11、进一步的，所述复合稀土添加剂为al-ce合金或mg-ce合金。

12、进一步的，所述步骤（1）中加热熔炼温度为1450-1550℃。

13、进一步的，所述步骤（1）中复合脱氧剂为硅钙钡铝脱氧剂或锰硅铝钙合脱氧剂。

14、进一步的，所述步骤（3）中微弧氧化电解液为碱性电解液，配置方法为氢氧化钾、硅酸钠和六偏磷酸钠按照质量比为2:5:3溶于1l去离子水中，搅拌均匀后得到的微弧氧化电解液。

15、本发明有益的效果是：

16、（1）通过优化合金组分，在保证高铬铸铁细晶材料中c含量为3.0-3.8%，si含量为1.5-3.0%，mn含量为0.2-1.0%，cr含量为13.0-16.0%的前提下，通过添加淬透剂、细化晶粒剂及复合稀土添加剂，且未加入价格昂贵的钼和铜，成本较低，得到高铬铸铁细晶材料的耐磨性、冲击韧性和硬度均较高。

17、（2）通过对添加的淬透剂、细化晶粒剂及复合稀土添加剂的用量和成分进行筛选，最终通过添加三氧化二硼、钒铁和mg-ce合金，利用硼能提高淬透性，钒能细化晶粒，稀土ce与mg合金能净化铁液减少夹杂，三者协同起到强化晶界作用，从而获得综合性能优异的高铬铸铁细晶材料。

18、（3）采用硅钙钡铝脱氧剂或锰硅铝钙合脱氧剂，比单独使用铝、锰、硅、钙的脱氧效果好，脱氧产物易于从铁液中排除，有效地减少夹杂物，从而明显降低裂纹倾向。

19、（4）通过优化处理工艺，在高铬铸铁细晶材料表面热镀铝后，经微弧氧化工艺，在材料表面形成陶瓷，弥补了铸铁材料易锈蚀、不耐磨等缺陷，进一步增加了材料的耐磨性能，处理后的高铬铸铁材料能满足微弧氧化浮封环在恶劣环境下的工作要求。

技术特征：

1.一种微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化高铬铸铁细晶材料包含以下重量份数的原料：52-60份废钢、16-22份铬铁、9-14份生铁，0.5-1.0份锰铁、1.5-2.0份石墨、0.05-0.25份淬透剂、0.1-0.5份细化晶粒剂、0.2-1.2份复合稀土添加剂；所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述淬透剂为三氧化二硼或氧化铜。

3.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述细化晶粒剂为钛铁或钒铁。

4.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述复合稀土添加剂为al-ce合金或mg-ce合金。

5.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中加热熔炼温度为1450-1550℃。

6.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中复合脱氧剂为硅钙钡铝脱氧剂或锰硅铝钙合脱氧剂。

7.根据权利要求1所述的微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中微弧氧化电解液为碱性电解液，配置方法为氢氧化钾、硅酸钠和六偏磷酸钠按照质量比为2:5:3溶于1l去离子水中，搅拌均匀后得到的微弧氧化电解液。

技术总结本发明涉及铸铁材料技术领域，且公开了一种微弧氧化高铬铸铁细晶材料的制备方法，在保证高铬铸铁细晶材料中的基本组分前提下，优化合金组分，通过添加淬透剂、细化晶粒剂及复合稀土添加剂，并对其用量和成分进行筛选，利用硼提高淬透性，钒细化晶粒，Mg‑Ce合金净化铁液减少夹杂的特点，三者协同起到强化晶界作用，从而获得综合性能优异的高铬铸铁细晶材料；在高铬铸铁细晶材料表面热镀铝后，经微弧氧化工艺，在材料表面形成陶瓷，弥补了铸铁材料易锈蚀、不耐磨等缺陷，进一步增加了材料的耐磨性能，微弧氧化后的高铬铸铁材料能满足浮封环在恶劣环境下的工作要求。技术研发人员：李进敏,李永波受保护的技术使用者：烟台源农密封科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11